本發(fā)明涉及頻率測量裝置、頻率測量方法和低頻減載裝置。特別涉及同時使用了基于單周波dft(離散傅立葉變換)的角度偏移計算單元和基于多周波dft的角度偏移計算單元來計算角度偏移量的頻率測量裝置、頻率測量方法和低頻減載裝置。

背景技術：

電力系統(tǒng)自動化設備，例如繼電保護設備、穩(wěn)定控制設備，都需要對電力系統(tǒng)頻率進行精確測量。頻率測量的精度與速度，對自動化設備(例如：低頻減載裝置)的可靠性至關重要，。以往，有時因為頻率測量的不準確，而導致自動化設備發(fā)出錯誤動作命令，造成不必要的經濟損失。

傳統(tǒng)的頻率測量技術主要是過零點檢測技術和基于離散傅立葉變換dft的鎖相技術。過零點檢測技術的精度容易受到噪音、諧波等電力系統(tǒng)暫態(tài)過程影響。

圖1是以往的頻率測量裝置的電路圖。

由圖1可知，該技術在頻率測量中采用了基于離散傅立葉變換dft的鎖相技術這種方法，對于噪音和整數(shù)次諧波干擾有一定的過濾功能，但是這種方法采用的單周波dft，對于非整數(shù)次諧波(例如：分頻諧振干擾)、電壓幅值劇烈變化、相角的突變，缺乏有效的過濾作用。而簡單地采用多周波dft，雖然能起到一定的濾波功能從而降低擾動幅度，但是擾動的總體持續(xù)時間反而要長于單周波dft，因此也不能有效提高頻率測量的可靠性。

另外，由圖1可知，在用于頻率跟蹤的離散鎖相環(huán)中，在運算采樣頻率和頻率測量時采用了同一個控制因子g?？刂埔蜃觛是用于調節(jié)響應特性，如穩(wěn)定時間和過沖的比例控制因子。如果控制因子g等于1，頻率穩(wěn)定誤差會減小，但頻率響應變化劇烈。則如果控制因子g小于1，即欠補償，頻率穩(wěn)定誤差會增大，但頻率響應平滑。由于采樣頻率和頻率測量都受到同一控 制因子的影響，所以難以兼顧頻率測量的精度和采樣頻率的平滑的頻率響應。

因此，以往在電力系統(tǒng)發(fā)生擾動，導致電壓幅值波動、相角突變、或者存在分頻諧波干擾時，頻率測量值往往不夠準確。

因此，有必要探索一種新的頻率測量技術，在滿足頻率響應速度的要求下，盡可能提高在電力系統(tǒng)發(fā)生擾動情況下的頻率測量精度。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于上述課題而完成的。其目的是提供在滿足頻率響應速度的要求下，盡可能提高在電力系統(tǒng)發(fā)生擾動情況下的頻率測量精度的頻率測量裝置、頻率測量方法和低頻減載裝置。

本發(fā)明的頻率測量裝置，包括：

采樣模塊單元，根據輸入的采樣電壓和采樣頻率，輸出電壓采樣值；

基于單周波離散傅立葉變換dft的角度偏移計算單元，根據輸入的來自所述采樣模塊單元的所述電壓采樣值，計算并輸出基于單周波dft的第1角度偏移；

基于多周波dft的角度偏移計算單元，根據輸入的來自所述采樣模塊單元的所述電壓采樣值，計算并輸出基于多周波dft的第2角度偏移；

角度偏移選擇單元，根據輸入的所述第1角度偏移和所述第2角度偏移，選擇并輸出其中絕對值較小的角度偏移，作為選定角度偏移量；

采樣頻率計算輸出單元，根據輸入的所述選定角度偏移量計算采樣頻率，并將其作為新的采樣頻率輸出到所述采樣模塊；以及

頻率測量值計算輸出單元，根據輸入的所述選定角度偏移量計算并輸出頻率測量值。

本發(fā)明的頻率測量方法包括：

采樣步驟，在采樣模塊中輸入待采樣電壓和采樣頻率，輸出電壓采樣值；

基于單周波離散傅立葉變換dft的角度偏移計算步驟，根據輸入的來自采樣模塊步驟的電壓采樣值，計算并輸出基于單周波dft的第1角度偏移；

基于多周波dft的角度偏移計算步驟，根據輸入的來自采樣模塊步驟的電壓采樣值，計算并輸出基于多周波dft的第2角度偏移；

角度偏移選擇步驟，根據第1角度偏移和第2角度偏移，選擇并輸出其 中絕對值較小的角度偏移，作為選定角度偏移量；

采樣頻率計算輸出步驟，根據輸入的選定角度偏移量計算采樣頻率，并將其作為新的采樣頻率，輸出到采樣模塊；以及

頻率測量值計算輸出步驟，根據輸入的選定角度偏移量計算并輸出頻率測量值。

本發(fā)明的技術方案改進了基于dft的頻率測量技術，采用單周波dft與多周波dft相結合的方式，分別由單周波dft、多周波dft計算角度偏移值，選擇絕對值較小的角度偏移量作為頻率偏移的計算基礎，此外，還采用“欠補償”方式調整采樣頻率。

本發(fā)明的技術方案既利用了多周波dft的濾波功能，又加速了頻率響應過程，從而有效提高了電壓擾動情況下頻率測量的精度與速度。因此，本發(fā)明可以有助于提高電力自動化設備(例如：低頻減載裝置)的可靠性，降低發(fā)生誤動作的概率。

附圖說明

從本公開的具體實施例結合附圖的以下描述中，其它優(yōu)點和特征將變得更清楚明顯，這些具體實施例僅是為了非限制性的目的，并在附圖中示出，附圖中同樣的附圖標記用于表示同樣的部件或單元，其中：

圖1是以往的頻率測量裝置的電路圖。

圖2是本發(fā)明的頻率測量裝置的電路圖。

圖3是本發(fā)明的頻率測量裝置的具體結構的框圖。

圖4是本發(fā)明的頻率測量方法的流程圖。

圖5是本發(fā)明的頻率測量方法中的基于單周波dft的角度偏移計算步驟20的具體流程圖。

圖6是本發(fā)明的頻率測量方法中的基于多周波dft的角度偏移計算步驟s30的具體流程圖。

圖7是本發(fā)明的頻率測量方法中的采樣頻率計算輸出步驟s50的具體流程圖。

圖8是本發(fā)明的頻率測量方法中的頻率測量值計算輸出步驟s60的具體流程圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的具體實施例。雖然附圖中顯示了本公開的多個具體實施例，然而應該理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應被這里闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了使本公開被理解得更加透徹和完整，并且能夠將本公開的范圍完整地傳達給本領域的技術人員。

圖2是本發(fā)明的頻率測量裝置的電路圖的一個例子。

與現(xiàn)有技術的圖1的電路圖對比可知，本發(fā)明的頻率測量裝置分別通過單周波dft、多周波dft同時計算角度偏移值，選擇絕對值較小的角度偏移量作為頻率偏移的計算基礎。并且在離散鎖相環(huán)中，在頻率測量值的計算中，采用的控制因子的比例系數(shù)為1，在新的采樣頻率計算中，采用的控制因子的比例系數(shù)小于1，即采用“欠補償”方式調整采樣頻率。

圖3是本發(fā)明的頻率測量裝置的具體結構的框圖。

由圖3可知，本發(fā)明的頻率測量裝置1包括：根據輸入的待采樣電壓和采樣頻率，輸出電壓采樣值的采樣模塊單元10；根據輸入的來自采樣模塊單元10的電壓采樣值，計算并輸出基于單周波dft的第1角度偏移的基于單周波離散傅立葉變換dft的角度偏移計算單元20；根據輸入的來自采樣模塊單元10的電壓采樣值，計算并輸出基于多周波dft的第2角度偏移的基于多周波dft的角度偏移計算單元30；根據輸入的第1角度偏移和第2角度偏移，選擇并輸出其中絕對值較小的角度偏移，作為選定角度偏移量的角度偏移選擇單元40；根據輸入的選定角度偏移量計算采樣頻率，并將其作為新的采樣頻率輸出到采樣模塊的采樣頻率計算輸出單元50；以及根據輸入的選定角度偏移量計算并輸出頻率測量值的頻率測量值計算輸出單元60。

其中，基于單周波dft的角度偏移計算單元20包括：對輸入的單周波的電壓采樣值進行dft處理，輸出第1電壓相位角的單周波dft單元201；根據第1電壓相位角，計算并輸出第1角度偏移量的第1角度偏移計算單元202。

基于多周波dft的角度偏移計算單元30包括：通過窗函數(shù)，截取并輸出多個周波的電壓采樣值的窗口單元301；對輸入的多個周波的電壓采樣值 進行dft處理，計算并輸出第2電壓相位角的多周波dft單元302；根據第2電壓相位角，計算并輸出第2角度偏移量的第2角度偏移計算單元303。

上述窗函數(shù)優(yōu)選使用海明窗函數(shù)，但是不限于此，也可以采用其它合適的窗函數(shù)。

上述的多個周波優(yōu)選1至10個周波，但是不限于此，也可以采用其它合適個數(shù)的周波。

本發(fā)明的頻率測量裝置1分別通過單周波dft、多周波dft同時計算角度偏移值，選擇絕對值較小的角度偏移量作為頻率偏移的計算基礎，因此可以有效地克服單獨采用的單周波dft計算角度偏移值時，對于非整數(shù)次諧波(例如：分頻諧振干擾)、電壓幅值劇烈變化、相角的突變，缺乏有效的過濾作用的缺點，以及單獨采用多周波dft計算角度偏移值時，擾動的總體持續(xù)時間反而要長于單周波dft，不能有效提高頻率測量的可靠性的缺點。具有抗干擾性強，擾動時間短的優(yōu)點。

本發(fā)明的采樣頻率計算輸出單元50包括：頻率偏移計算單元501；第1乘法器502；采樣基準頻率值計算單元503；以及第2乘法器504。

頻率偏移計算單元501根據輸入的選定角度偏移量計算并輸出頻率偏移量，第1乘法器502將頻率偏移量乘以第1系數(shù)后，將第1結果輸出到采樣基準頻率值計算單元503。采樣基準頻率值計算單元503根據輸入的第1結果計算并輸出采樣基準頻率值。第2乘法器504對采樣基準頻率值乘以整數(shù)倍后，生成新的采樣頻率，輸出到采樣模塊，調整采樣頻率。上述運算為一次迭代處理過程，調整采樣頻率后，等待下一次迭代運算，運算間隔可以由具體應用設定，例如，每10ms、20ms執(zhí)行一次。

其中第1系數(shù)可調，為大于0小于1的值，優(yōu)選為大于0.1且小于1的值。

區(qū)別于傳統(tǒng)dft頻率測量方案，本發(fā)明區(qū)別對待頻率測量值與采樣基準頻率。采樣頻率是采樣基準頻率的整數(shù)倍，例如：采樣基準頻率為50hz而采樣頻率為2400hz，即信號在基準頻率時，一個周期獲取48個采樣點。另外，在上述新的采樣基準頻率計算中，采用的控制因子的比例系數(shù)小于1，即采用“欠補償”方式調整采樣頻率。這種方式，既保證了頻率測量值的計算精度，又可以得到較好的頻率響應特性，從而加快了頻率響應。

頻率測量值計算輸出單元60包括：第3乘法器601；以及頻率測量值計算單元602。

其中第3乘法器601將頻率偏移量乘以第2系數(shù)后，將第2結果輸出到頻率測量值計算單元602。頻率測量值計算單元602根據第2結果計算并輸出頻率測量值。其中第2系數(shù)優(yōu)選為1的值。

綜上所述，本發(fā)明具有如下特征：

(1)區(qū)別于傳統(tǒng)dft頻率測量方案，本發(fā)明區(qū)別對待頻率測量值與采樣基準頻率。在頻率測量值的計算中，采用的比例系數(shù)為1；在新的采樣基準頻率計算中，采用的比例系數(shù)小于1，即采用“欠補償”方式調整采樣頻率。這種方式，既保證了頻率測量值的計算精度，又可以得到較好的頻率響應特性，從而加快了頻率響應。

(2)單周波dft與多周波dft同時運算。分別由單周波dft、多周波dft同時計算角度偏移值，選擇絕對值較小的角度偏移量作為頻率偏移的計算基礎。

通過將特征(1)與(2)結合，本發(fā)明整體技術方案具有良好的頻率測量精度、可靠性，同時響應速度能夠滿足應用要求。

下面，根據附圖說明本發(fā)明的頻率測量方法。

圖4是本發(fā)明的頻率測量方法的流程圖。由圖4可知，本發(fā)明的頻率測量方法包括：采樣步驟s10，在采樣模塊中輸入待采樣電壓和采樣頻率，輸出電壓采樣值；基于單周波離散傅立葉變換dft的角度偏移計算步驟s20，根據輸入的來自采樣模塊步驟的電壓采樣值，計算并輸出基于單周波dft的第1角度偏移；基于多周波dft的角度偏移計算步驟s30，根據輸入的來自采樣模塊步驟的電壓采樣值，計算并輸出基于多周波dft的第2角度偏移；角度偏移選擇步驟s40，輸入第1角度偏移和第2角度偏移，選擇并輸出其中絕對值較小的角度偏移，作為選定角度偏移量；采樣頻率計算輸出步驟s50，輸入選定角度偏移量，根據輸入的選定角度偏移量計算采樣頻率，并將其作為新的采樣頻率輸出到采樣模塊；以及頻率測量值計算輸出步驟s60，輸入選定角度偏移量，根據輸入的選定角度偏移量計算采樣基準頻率，計算并輸出頻率測量值。

圖5是本發(fā)明的頻率測量方法中的基于單周波dft的角度偏移計算步驟 20的具體流程圖。

基于單周波dft的角度偏移計算步驟20具體包括：單周波dft步驟s201，對輸入的單周波的電壓采樣值進行dft處理，輸出第1電壓相位角；第1角度偏移計算步驟s202，根據第1電壓相位角，計算并輸出第1角度偏移量，作為第1角度偏移。

圖6是本發(fā)明的頻率測量方法中的基于多周波dft的角度偏移計算步驟s30的具體流程圖。

基于多周波dft的角度偏移計算步驟s30包括：窗口步驟s301，通過窗函數(shù)，截取并輸出多個周波的電壓采樣值；多周波dft步驟s302，對輸入的多個周波的電壓采樣值進行dft處理，計算并輸出第2電壓相位角；第2角度偏移計算步驟s303，根據第2電壓相位角，計算并輸出第2角度偏移量，作為第2角度偏移。

上述窗函數(shù)優(yōu)選使用海明窗函數(shù)，但是不限于此，也可以采用其它合適的窗函數(shù)。

上述的多個周波優(yōu)選1至10個周波，但是不限于此，也可以采用其它合適個數(shù)的周波。

圖7是本發(fā)明的頻率測量方法中的采樣頻率計算輸出步驟s50的具體流程圖。

上述采樣頻率計算輸出步驟s50包括：頻率偏移計算步驟s501；第1乘法步驟s502；采樣基準頻率值計算步驟s503；以及第2乘法步驟s504。

頻率偏移計算步驟s501根據輸入的選定角度偏移量計算并輸出頻率偏移量，第1乘法步驟s502將頻率偏移量乘以第1系數(shù)后，將第1結果輸出到采樣基準頻率值計算步驟s503，采樣基準頻率值計算步驟s503根據輸入的第1結果計算并輸出采樣基準頻率值，第2乘法步驟s504對采樣基準頻率值乘以整數(shù)倍后，生成新的采樣頻率，輸出到采樣模塊，從而調整采樣頻率。上述運算為一次迭代處理過程，計算得到新的采樣頻率，從而調整采樣頻率，等待下一次迭代運算，運算間隔可以由具體應用設定，例如，每10ms、20ms執(zhí)行一次。

其中第1系數(shù)可調，為大于0小于1的值，優(yōu)選為大于0.1且小于1的值。

圖8是本發(fā)明的頻率測量方法中的頻率測量值計算輸出步驟s60的具體流程圖。

上述頻率測量值計算輸出步驟s60包括：第3乘法步驟s601；以及頻率測量值計算步驟s602。第3乘法步驟s601將頻率偏移量乘以第2系數(shù)后，將第2結果輸出到頻率測量值計算步驟s602，頻率測量值計算步驟s602根據第2結果計算并輸出頻率測量值。其中第2系數(shù)為1。

本發(fā)明的上述頻率測量方法具有良好的頻率測量精度、可靠性，同時響應速度能夠滿足應用要求。

本發(fā)明的頻率測量裝置和方法既可以應用于低頻減載裝置中，也可以應用于其他需要準確測量頻率的裝置中。

本公開的各個實施例中的各個單元(功能模塊、芯片等)的連接關系和構成關系不對本公開的保護范圍構成限制，它們可以合并為單獨一個單元來實現(xiàn)，或者其中的特定單元也可以被分割為功能更小的多個單元來實現(xiàn)。

附圖中的各個框圖顯示了根據本公開實施例的頻率測量裝置可能實現(xiàn)的結構、功能和操作。在這點上，框圖中的每個方框可以代表一個模塊，所述模塊包含一個或多個用于實現(xiàn)規(guī)定的邏輯功能的可執(zhí)行指令。在作為替換的實現(xiàn)方式中，方框中所標注的功能也可以不同于附圖中所標注的順序發(fā)生。例如，兩個連續(xù)的方框實際上可以基本并行地執(zhí)行，它們有時也可以按相反的順序執(zhí)行，這依所涉及的功能而定。也要注意的是，框圖中的每個方框可以用執(zhí)行規(guī)定功能或動作的專用的基于硬件的asic來實現(xiàn)，或者可以用專用硬件與計算機指令的組合來實現(xiàn)。

以上已經描述了本公開的各實施例，上述說明是示例性的，并非窮盡性的，并且也不限于所披露的各個實施例。在不偏離所說明的各個實施例的范圍和精神的情況下，對于本技術領域的普通技術人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。本文中所用術語的選擇，旨在最好地解釋各個實施例的原理、實際應用或對市場中的技術的改進，或者使本技術領域的其它普通技術人員能理解本文披露的各個實施例。

工業(yè)適用性

本發(fā)明的頻率測量裝置、頻率測量方法和低頻減載裝置具有良好的頻率測量精度、可靠性，同時響應速度能夠滿足應用要求，可以減少低頻減載裝 置誤操作的可能性。